Інтелектуальне моніторингове захисту від перенапруг: тенденції, виклики та перспективи

1. Поточний стан та недоліки онлайн-моніторів

На даний момент онлайн-монітори є найбільш поширеними інструментами для моніторингу випадкових заземлювачів. Хоча вони можуть виявляти потенційні дефекти, у них є значні обмеження: необхідне ручне записування даних на місці, що не дозволяє реального часу моніторингу; а аналіз даних після їх збору додає складності операційному процесу. Інтелектуальний моніторинг на основі IoT подолує ці проблеми — зібрані дані завантажуються через IoT на платформи обробки, і, поєднуючи з аналізом великих даних, виявляють приховані небезпеки та надають раннє попередження, ефективно знижуючи складність експлуатації та технічного обслуговування.

1.1 Недоліки поточних онлайн-моніторів

Як ключовий метод моніторингу випадкових заземлювачів, онлайн-монітори виявляють кілька проблем у застосуванні:

• Погана адаптація до середовища: Більшість випадкових заземлювачів встановлені на вулиці, і довготривале виключення залишає монітори вразливими до старіння шкал і збитку герметичності, що призводить до пошкодження пристроїв і неможливості спостереження даних.

• Відмова механічних компонентів: Амперметри в основному використовують механічні стрілки — теплове деформування або механічне застревання можуть призводити до застревання стрілки, що вказує на невірне відображення струму утечки. Лічильники з механічними конструкціями також легко застрягають, що впливає на точність лічення.

• Залежність від ручного обслуговування: Необхідне ручне записування часу відведення та струму утечки персоналом обслуговування; спеціальні сценарії (недоступні місця) потребують телескопів або дронів, що зменшує ефективність.

• Складність ідентифікації даних: Обмежені якістю моніторів, персонал обслуговування має труднощі з ефективним визначенням стану обладнання з відображених даних.

2. Тренди розвитку інтелектуального моніторингу випадкових заземлювачів

Для вирішення проблем онлайн-моніторів, використовуючи Інтернет речей та інтелектуальну виробництво, інтелектуальний моніторинг буде оновлюватися в трьох напрямках:

2.1 Метод передачі: провідний → безпровідний

Поточний інтелектуальний моніторинг в основному залежить від провідних з'єднань RS485, придатних лише для специфічних сценаріїв, таких як підстанції. Для ліній та віддалених районів, відстань передачі є обмеженням. Безпровідні технології, такі як LoRa, NB-IoT (узкопасмовий Інтернет речей) та GPRS, надають широке покриття та низьке споживання енергії. Особливо LoRa та NB-IoT, як новітні технології IoT, будуть мати більш широке застосування в майбутньому.

2.2 Метод живлення: активний → пасивний

На даний момент, інтелектуальний моніторинг залежить від зовнішнього DC-живлення. У майбутньому, він буде еволюціонувати до пасивного живлення для зеленого та низькоспоживного функціонування. Використання енергії від струму утечки випадкового заземлювача, сонячних панелей або вбудованих батарей є можливим — використання струму утечки для зберігання енергії є найбільш переваговим, уникнення проблем, таких як недостатня сонячна радіація та часта заміна батарей.

2.3 Метод встановлення: зовнішній → внутрішній

Поточний інтелектуальний моніторинг в основному зовнішній — хоча не обмежений розміром і легко замінюється, він вразливий до впливу середовища. Внутрішнє встановлення вимагає інтеграції в полість випадкового заземлювача, що вимагає менших розмірів та стикається з технічними бар'єрами. Однак, це усуває зовнішні впливи середовища, забезпечуючи кращу довготривалу стабільність.

3. Розширені напрямки моніторингу випадкових заземлювачів

На основі режимів та механізмів виникнення аварій, інтелектуальні модулі моніторингу зосередяться на чотирьох напрямках:

3.1 Моніторинг тиску

Для випадкових заземлювачів на 35 кВ та вище з фарфоровими корпусами, використовуються гелієва мас-спектрометрія для виявлення течій та заповнення високої чистоти азотом (технологія мікро-позитивного тиску) під час виготовлення, щоб запобігти проникненню вологи та покращити ізоляцію. Однак, довготривала експлуатація призводить до старіння герметизації, течії азоту та проникнення вологи, що може призвести до вибуху. Інтелектуальні модулі моніторингу в реальному часі контролюють внутрішній тиск; завантаження даних та аналіз на платформі дозволяють надавати раннє попередження для своєчасної заміни та ремонту.

3.2 Моніторинг температури та вологості

Для випадкових заземлювачів з ізоляційними трубками/фарфоровими корпусами та внутрішнім повітрям, зборка вимагає строгого контролю температури та вологості. Інтелектуальні модулі моніторингу контролюють внутрішні умови, регулярно завантажують дані та вмикають сигнал тривоги, коли перевищуються граничні значення, що дозволяє проводити проактивну експлуатацію та обслуговування.

3.3 Моніторинг струму утечки та опорного струму

Ці струми є ключовими показниками продуктивності випадкових заземлювачів. Довготривала експлуатація, зовнішнє середовище та забруднення ізоляторів призводять до старіння резистора та збитку герметизації, що збільшує струми. Моніторинг трендів струму допомагає виявити приховані небезпеки та запобігти аваріям.

3.4 Моніторинг струму імпульсного відведення

Збирання часу відведення, величини струму та часу дії підтримує планування експлуатації та аналіз аварій.

4. Напрямки технічних проривів в інтелектуальному моніторингу

Зовнішній інтелектуальний моніторинг починає набирати популярності (необмежений простором, високо сумісний), але внутрішній моніторинг знаходиться на початковій стадії, стикаючись з трьома технічними викликами:

4.1 Оптимізація збору енергії

Внутрішній моніторинг залежить від струму утечки випадкового заземлювача, але малі струми заважають реальному часу передачі. Комбінування збору енергії від струму утечки з вбудованими батареями скорочує цикли передачі даних, забезпечуючи баланс між поставкою енергії та передачею даних.

4.2 Покращення передачі сигналів

Внутрішня інтеграція викладає монітори до згасання/захисту сигналів від випадкових заземлювачів та компонентів; високі електричні поля також заважають. Сигнали повинні бути оптимізовані для кращого проникнення та протидії електромагнітній інтерференції.

4.3 Перевірка строку служби та надійності

Внутрішній моніторинг важко замінити; випадкові заземлювачі вимагають строку проектування 30 років (більше 20 років на практиці). Термін служби модулів моніторингу повинен відповідати, а тепло від дії випадкового заземлювача не повинно впливати на надійність модуля.

5. Поточні застосування інтелектуального моніторингу

Інтелектуальний моніторинг все ще знаходиться на стадії пілотних проектів, в основному застосовуються в демонстраційних проектах електроенергетики та залізничного транспорту (наприклад, інтелектуальна тягова підстанція в Ксиангані, 750 кВ Ян'анська розумна підстанція, та УВЧ-DC конверторні станції). Пілотні проекти перевіряють технічну можливість, з інтелектуально моніторовані випадкові заземлювачі, що відповідають очікуваним характеристикам.

6. Висновок

Інтелектуальний моніторинг дозволяє реальний онлайн-моніторинг, покращуючи точність виявлення ризиків та знижуючи складність експлуатації та обслуговування. Незважаючи на залишаючіся технічні виклики, він відповідає інтелектуальним, екологічним та екологічно дружнім трендам, поступово замінюючи традиційні онлайн-монітори. Широке використання в системах електроенергетики та залізничного транспорту підсилює безпеку мережі та підтримує стале розвиток енергетики.